《信号与系统分析》教学大纲2012New

无锡商业职业技术学院 《信号处理基础》教学大纲

一、课程性质与任务

课程性质：《信号处理基础》是电子信息类专业开设的一门必修的技术基础课程。是培养学生的专业知识的一门重要课程。

课程的任务：使学生牢固掌握信号与系统的基本原理及基本方法，掌握信号与系统的时域、变换域分析方法，深刻理解信号傅里叶变换、拉普拉斯变换、Z变换的数学概念、物理概念及工程概念，建立信号表达及系统函数的概念，为学生进一步学习后续课程打下坚实的基础。通过本课程的学习，锻炼提高学生利用信号处理的理论分析问题和解决问题的能力。

二、课程教学目标

1、知识目标

（1）了解信号、系统的基本概念及其分类。（2）懂得怎样建立信号与系统的数学模型。（3）掌握时域与变换域求解系统响应的方法，并将数学解和物理意义进行合理地联系。 2、能力目标

（1）具有利用数学方法分析信号与系统的思维方法的能力。（2）具有将数学概念、物理概念及工程概念有机结合的能力。

三、教学内容与教学基本要求 单元一 基础概念

[教学目的与要求]

（1）、了解信号与系统的基本概念及其分类。（2）、理解信号与系统的基本表示方法。（3）、掌握信号的基本运算与变换。（4）、重点掌握系统数学模型的建立。 [教学重点与难点] 一、重点

1、基本信号和信号处理（直流信号、正弦信号、单位跃阶信号、指数信号、复指数信号、斜坡信号、矩形脉冲信号、相乘相加、微分与积分）；2、线性时不变系统（线性、时不变性、微分特性、积分特性、频率保持性、因果性）； 二、难点

系统的线性、时不变特性、因果特性判定（可以根据教学情况，对这一部分内容若化，突出线

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性时不变系统） [教学内容]

1.1历史的回顾；1.2应用领域；1.3信号的概念；1.4基本信号和信号处理；1.5系统的概念；1.6线性时不变系统； 【教学建议】

本单元主要强调概念，让学生理解信号与系统分析的实质内容，所以应多举事例，将理论和实践紧密结合。

单元二 连续系统的时域分析

[教学目的与要求]

1、了解线性时不变系统的描述方法及系统的零输入响应和零状态响应的概念；2、正确理解和应用单位冲击信号及其性质；3、掌握阶跃响应和冲击响应，这是今后系统分析、模拟与设计的基础。4、重点掌握卷积在时域分析中作用，并会计算简单的卷积。 [教学重点与难点] 一、重点

1、单位阶跃函数；2、阶跃响应；3、系统的卷积分析法；4、卷积的计算（图形扫描法求解卷积） 二、难点

1、二阶系统的卷积分析法（二阶系统的特征函数、冲击响应与阶跃响应）；2、不失真补偿系统 [教学内容]

1、系统的微分方程及其响应；2、阶跃信号与阶跃响应；3、冲激信号与冲激响应；4、卷积及其应用；5、二阶系统的卷积分析法；6、应用举例 【教学建议】

重点强化对冲击响应与冲击函数、阶跃响应与阶跃函数的理解；采用多媒体教学手段与matlab软件图形化工具库

单元三 连续信号的频域分析

[教学目的与要求]

1、掌握信号傅立叶级数和傅立叶变换分析法，对一些常用信号能进行频谱分析；2、熟悉信号的时域特性和频域特性的对应关系；3、弄清信号频谱（离散谱和连续谱）概念；4、掌握卷积定理是系统频域分析的基础要学会应用； [教学重点与难点]

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一、重点

1、周期信号的三角级数表示；2、周期信号的指数级数表示；3、周期信号频谱；4、双边频谱与信号带宽；5、傅立叶变换；6、常用信号的傅立叶表示；7、傅立叶变换的性质与作用 二、难点

1、周期信号的三角级数表示与非周期傅立叶变换的区别；2、周期信号三角级数与指数级数表示 [教学内容]

1、周期信号的分解与合成；2、周期信号的频谱；3、非周期信号的频谱；4、傅里叶变换的性质与应用；5、应用举例；6、用MATLAB方法分析频谱特性 【教学建议】

本单元内容是信号与系统课程的基础与核心，必须通过matlab、多媒体教学、课堂例题、习题等形式保证教学效果。

单元四 连续系统频域分析

[教学目的与要求]

1、掌握系统函数H(w)的确概念和作用，不失真传输时对系统函数的要求；2、冲击信号与阶跃信号通过理想低通滤波器的主要特点；3、采样定理及采样信号的频谱特性；4、通信系统中时分复用与频分复用的概念。 [教学重点与难点] 一、重点

1、系统函数；2、信号无失真传输条件；3、信号通过理想低通滤波器；4、采样信号与采样定理 二、难点

1、频域分析用于通信系统；2、信号的调制与解调；3、正弦载波调幅与频分复用；4、载波调幅与时分复用 [教学内容]

1、信号通过线性系统;2、采样信号与采样定理；3、频域分析用于通信系统；4、应用举例；5、MATLAB方法用于系统频域分析 【教学建议】

通过matlab与多媒体教学手段，结合第三单元基础理论，帮助学生理解信号的时域分析与频域分析解决实际问题方法

单元五 连续系统的复频域分析

[教学目的与要求]

1、理解拉普拉斯变换的定义，熟悉其基本性质；2、掌握拉普拉斯反变换的分解定理；3、掌握

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电路的S域模型及分析方法；4、掌握LTI系统的S域分析法 [教学重点与难点] 一、重点

1、拉普拉斯变换; 2、拉普拉斯变换的性质; 3、拉普拉斯反变换；4、LTI系统的S域分析;5、卷积定理及其应用 二、难点

1、拉普拉斯与傅立叶变换的区别与联系；2、线性时不变系统S域分析法在解决具体问题时方法步骤。 [教学内容]

1、拉普拉斯变换; 2、拉普拉斯变换的性质; 3、拉普拉斯反变换；4 LTI系统的S域分析;5卷积定理及其应用；6应用举例：汽车自动点火系统；7、MATLAB方法用于复频域分析 【教学建议】

相对傅立叶变换，拉普拉斯变换在物理概念，数学能力要求上都更进一步，应该有选择的教学，否则影响教学效果。

单元六 系统函数分析

[教学目的与要求]

1、 掌握系统函数的一般概念与性质；2、系统函数零极点概念与时域特性、频域特性的对应关系； 3、线性系统稳定性概念与判定稳定性的基本方法；4、理解反馈系统的特点与应用 [教学重点与难点] 一、重点

1、系统函数F(s)；2、H(S)的零、极点；3、线性系统的稳定性；4、反馈与控制；5、MATL4B方法用于系统零、极点分析 二、难点

1、系统函数与传输函数概念；2、线性系统稳定性；3、反馈与控制；4、matlab方法用于系统零点极点分析。 [教学内容]

1、 系统函数F(s)； 2、H(S)的零、极点;3、线性系统的稳定性; 4、反馈与控制；5、应用举例：

锁相环系统； 6、 MATL4B方法用于系统零、极点分析; 【教学建议】

在本单元教学中，应该若化计算部分教学，突出零点、极点在系统分析中作用，提高知识应用能

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力。

单元七 离散系统时域频域分析

[教学目的与要求]

1、掌握离散时间信号与离散系统差分方程特征、并注意与连续系统的对应与类比；2、学会计算卷积和并比较卷积与卷积和概念；3、了解离散系统Z域分析的方法；4、了解离散系统稳定性与频率特性概念。 [教学重点与难点] 一、重点

1、卷积和及其应用；2、MATLAB方法用于离散系统时域；3、z变换；4、z反变换；5、Z变换的主要性质；6、离散系统的z域分析; 二、难点

1、卷积和及其应用；2、z变换；3、z反变换；4、Z变换的主要性质 [教学内容]

1、离散时间信号; 2、离散时间系统；3、卷积和及其应用；4、应用举例：斐波那契规律; 5、MATLAB方法用于离散系统时域; 6、z变换；7、z反变换;8、Z变换的主要性质；9、离散系统的z域分析;10、离散系统的稳定性; 11、数字滤波器; 12、应用举例：DSP芯片用于语音处理；13、 MATLAB方法用于Z域分析 【教学建议】

考虑到教学课时的限制，本单元内容以概念为主，弱化数值计算教学，可以作为教学的辅助内容，教学计划做一定侧重。

四、实验项目与教学安排

本课程的实验课为非独立设置，主要实验项目有：

[实验一] 基本运算单元

1．目的：

(1)熟悉由运算放大器为核心元件组成的基本运算单元；(2)掌握基本运算单元特性的测试方法。 2．内容：

(1)在实验箱自由布线区设计加法器、比例运算器、积分器、微分器四种基本运算单元模拟电路。 (2)测试基本运算单元特性。 3．要求：选做

[实验二] 50HZ非正弦周期信号的分解与合成（同时分析法）

1.目的：

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(1)用同时分析法观测50HZ非正弦周期信号的频谱，并与其傅立叶级数各项的频率与系数作比较；(2)观测基波和其谐波的合成 2．内容：

(1)调节函数信号发生器，使其输出50HZ的方波信号，并将其接至信号分解实验模块BPF的输入端，然后细调函数信号发生器的输出频率，使该模块的基波50HZ成分BPF的输出幅度为最大。 (2)将各带通滤波器的输出分别接至示波器，观测各次谐波的频率和幅值，并列表记录之。 (3)将方波分解所得的基波和三次谐波分量接至加法器的相应输入端，观测加法器的输出波形，并记录之。

(4)在3的基础上，再将五次谐波分量接至加法器的相应输入端，观测加法器的输出波形，并记录之。

(5)分别将50HZ单相正弦半波、全波、矩形波和三角波的输出信号接至50HZ电信号分解与合成模块输入端、观测基波及各次谐波的频率和幅度，记录之。

(6)将50HZ单相正弦半波、全波、矩形波和三角波的基波和谐波分量分别接至加法器相应的输入端，观测求和器的输出波形，并记录之。 3．要求：必做

[实验三] TDS1012B示波器FFT分析 1．目的：

熟悉数字示波器信号频谱分析的原理；理解采样定理在数字示波器频谱测量中应用方法；对特定信号的频谱进行分析 2．内容：

(1)采用数字示波器对正弦、三角、方波信号的时域波形进行分析，重点掌握数字示波器使用方法。

(2)给定特定信号，改变抽样频率为fs≥2B和fs<2B，观察复原后的信号，比较其失真程度。 3．要求：必做

[实验四] 巴特沃斯低通滤波器实验 1．目的：

基本理解巴特沃斯低通滤波器设计分析方法；采用matlab软件分析巴特沃斯低通滤波器频谱特性 2．内容：

理解巴特沃斯低通滤波器传输函数H(s）；分析其零点与极点对信号频谱特性的影响程度；以小组

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为单位，设计巴特沃斯低通滤波器。 3．要求：必做

[实验五] 基于matlab的FDATOOL设计数字滤波器 1．目的：

理解数字滤波器与模拟示波器不同；熟悉matlab软件中FDATool工具设计数字滤波器；熟悉数字滤波器在数字信号处理中应用方法。 2．内容：

(1)给定指标设计数字示波器并分析其幅频特性、相频特性；(2)给定特定信号，对其中一定的频谱做滤波处理。 3．要求：必做

五、学生学习要求及考核

1、学习要求：要求学生懂得信号与系统的基本概念和基本分析方法，并能加以灵活应用，认识如何建立信号与系统的数学模型，通过时间域与变换域的数学分析对系统本身和系统输出信号进行求解与分析。 2、考核要求

考试形式：闭卷形式

评分说明：考试成绩由平时作业、期中考试、期末考试四部分组成。平时占30%，期中占20%,期末占50%。

六、学时分配

七、说明

1、大纲的适用范围：本大纲可作为高中后大专、对口单招等层次学生的教学参考。本大纲以电

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子信息专业为主，其它专业使用时可酌情增删。

2、教学建议：这门课程中要掌握的公式、定理和性质多；且所涉及的数学知识多。因此，在学习中一定要注意数学与物理概念的紧密结合，深刻理解公式、定理和性质等的物理含义。课程内容从时域和频域两个方面围绕着信号分析和信号如何通过进行讨论，在学习过程中一定要抓住这个中心。相关课程关系：本课程的先修课程为《高等数学》、《电路分析基础》。

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